Cryolite

Meera Senthilingam

Diese Woche geht es um fiktive Schurken und Flugzeuge aus dem Krieg. Lars Öhrström erklärt die Verbindung zwischen diesen beiden Themen:

Lars Öhrström

Populäre Bösewichte in der Fiktion gehören oft unheimlichen Organisationen mit obskuren Namen an, und eines der rätselhaftesten Beispiele ist die Cryolite Corporation of Denmark, die in Peter Høegs Bestseller-Roman „Fräulein Smillas Gefühl für Schnee“ von 1992 auftaucht.

Nicht nur Høegs Protagonistin Smilla Jaspersen, sondern auch andere nicht-fiktionale Helden haben Verbindungen zu der sehr realen und wichtigen Chemikalie namens Kryolith mit der Formel Na3AlF6. So zum Beispiel Vernon Jones, der 1943 mit seiner benzinleckenden Flying Fortress auf einem Moor in Südwestschweden landet, oder Henry Larsen, Kommandant der St. Roch während einer Reise durch die Nordwestpassage im Jahr 1940, deren wahrer Zweck erst 50 Jahre später enthüllt wurde.

Kryolith, auch Natriumhexafluoraluminat genannt, ist eine farblose Verbindung, die würfelförmige Kristalle bildet, die aus Aluminium-3+-Kationen bestehen, die sechs Fluorid-F–Anionen binden und so eine oktaedrische Form wie AlF63- bilden, mit kleineren Natrium+-Ionen zum Ausgleich der Ladung.

Vielleicht haben Sie richtig vermutet, dass die Bedeutung von Kryolith mit Aluminium zusammenhängt und dass die Verbindung zum Zweiten Weltkrieg mit dem Flugzeugbau zu tun hat. Aber wenn Sie glauben, dass Kryolith eine wichtige Aluminiumquelle ist, dann irren Sie sich. Der Aluminiumgehalt von Kryolith beträgt nur 13 Prozent, verglichen mit rund 50 Prozent in Bauxit, der wichtigsten Aluminiumquelle seit Beginn der industriellen Produktion Ende des 19. Abgesehen von dem geringen Aluminiumgehalt ist Kryolith extrem selten, möglicherweise das einzige Mineral auf der Erde, das jemals bis zur Ausrottung abgebaut wurde

Bauxit hingegen ist relativ häufig, aber es erwies sich als schwierig, das Metall in industriellem Maßstab aus dem Mineral herauszulocken. Drei Elektronen müssen den Al3+-Ionen hinzugefügt werden, um sie neutral und metallisch zu machen, und obwohl man schon früh erkannte, dass der Weg dazu darin bestand, einen elektrischen Strom durch eine Lösung der Ionen zu leiten – was wir als Elektrolyse bezeichnen -, dauerte es etwa 50 Jahre, bis dies erreicht wurde.

Das Problem ist, dass man Aluminium nicht in Wasser elektrolysieren kann, da sich die Elektronen mit H+-Ionen verbinden und Wasserstoffgas erzeugen würden. Wenn man das Problem umgeht, indem man Aluminiumoxid direkt schmilzt, erweist sich der sehr hohe Schmelzpunkt von 2072°C als unerschwinglich teuer. An dieser Stelle kommt Kryolith ins Spiel. Im Jahr 1886 entdeckten sowohl Charles Hall in Ohio, USA, als auch Paul Héroult in der Normandie, Frankreich, dass geschmolzenes Kryolith mit einer moderaten Schmelztemperatur von nur 1012 ºC Aluminiumoxid leicht auflöst. Damit war das Hall-Héroult-Verfahren geboren, das noch heute angewandt wird.

Der Name Kryolith leitet sich von den griechischen Wörtern für Kälte, „kryo“, und Stein, „lithos“, ab, und das bringt uns zur Rolle des Polarhelden Henry Larsen in dieser Geschichte. Aluminium begann in den 1930er Jahren zu einem wichtigen Werkstoff für den Flugzeugbau zu werden, und die Besetzung Dänemarks durch Deutschland im Jahr 1940 machte die Briten und ihre Verbündeten nervös, denn Kryolith wurde nur an einem einzigen Ort auf der Erde gefunden – in der Ivittuu-Mine in Südgrönland. Unter dem Deckmantel einer Nordwestpassage fuhr das einzige kanadische Regierungsschiff, das in der Lage war, die eisigen grönländischen Gewässer zu befahren, die St. Roch unter dem Kommando von Henry Larsen von der Royal Canadian Mounted Police, von Vancouver aus los, um die Lage zu erkunden, da eine deutsche Invasion befürchtet wurde.

Mit dem Kriegseintritt der Vereinigten Staaten wurde die Kryolithfrage gelöst, indem Grönland vorübergehend zum US-Protektorat wurde, und die Produktion der Ivittuu-Mine stieg erheblich an. Ob es jemals einen wirklichen deutschen Plan zur Eroberung der Kryolithmine gab, wie in Peter H?egs Roman angedeutet, wei? ich nicht, aber der einzige aufgezeichnete Versuch der Nazis, Gr?nland zu erobern, war der Versuch, mit einer bescheidenen Invasionstruppe von 17 Mann eine Wetterstation zu errichten, die bald darauf von der d?nischen Hundeschlittenpatrouille entdeckt wurde.

Stattdessen errichteten die Deutschen eine Fabrik zur Herstellung von synthetischem Kryolith neben der Aluminiumfabrik in Her?ya in S?dnorwegen. Dieses Verfahren war damals recht neu, aber die Nordische Aluminium kam nie in vollem Umfang zum Einsatz, da sie Ziel eines erfolgreichen Bombenangriffs war. Nicht nur die Fabriken wurden zerstört: Von den 180 B17, die am Morgen des 24. Juli 1943 abgeschossen wurden, ging nur eine verloren. Dank geschickter Navigation und Steuerung des beschädigten Flugzeugs Georgia Rebel landeten der erste Pilot Jones und seine Besatzung sicher auf neutralem Boden. Dies war die erste von über 200 derartigen Notlandungen der US Air Force in Schweden während des Zweiten Weltkriegs.

Die Ivittuu-Mine wurde 1987 erschöpft, und heute wird nur noch synthetisches Kryolith zur Herstellung von Aluminium verwendet. Meistens wird dieses künstliche Kryolith in einem mehrstufigen Prozess aus Kalziumfluorid, auch bekannt als das Mineral Flussspat, Natriumkarbonat und Aluminiumhydroxid gewonnen.

Man fragt sich, wenn diese Mine und das seltene Mineral nicht entdeckt worden wären, ob Chemiker schlau genug gewesen wären, es trotzdem zu präparieren und das Hall-Héroult-Verfahren zu entwickeln, oder ob es immer noch Aluminiumteller und -besteck bei französischen Staatsessen geben würde, wie zu Zeiten von Napol?auf III, als Aluminium mehr wert war als sein Gewicht in Gold.

Meera Senthilingam

Ob natürlich oder synthetisch, dieser kalte Stein einer Verbindung hat sich auf jeden Fall während des gesamten Krieges und bis zum heutigen Tag als nützlich erwiesen. Das war Lars Öhrström von der Chalmers tekniska h?gskola in Schweden. Nächste Woche geht es um eine Verbindung, die als zweischneidiges Schwert betrachtet werden könnte.

Brian Clegg

Sprengstoffe sind die bösen Buben unter den Anwendungen von Salpetersäure, aber eine dieser Verbindungen, Nitrocellulose, hatte viel konstruktivere Anwendungen: Sie wurde zur Herstellung des Filmmaterials verwendet, das bis etwa 1950 bei Filmaufnahmen eingesetzt wurde. Solche alten Filme müssen äußerst vorsichtig behandelt werden, da die weichgemachte Verbindung leicht in Flammen aufgehen kann.

Meera Senthilingam

Und Sie können herausfinden, welche Chemie diese Flammen verursacht, wenn Sie Brian Clegg in der nächsten Woche bei Chemie in ihrem Element begleiten. Bis dahin danke ich Ihnen fürs Zuhören. Ich bin Meera Senthilingam.